(57)【要約】【課題】ポンプを閉塞することなく、低動力で、安全に、かつ効率的に揚砂できるようにした揚砂装置を提供すること。【解決手段】トラフ１内に回転可能に挿通された揚砂用スクリュー２と、トラフ１上端部に配設された給水した水と前記揚砂用スクリュー２によって揚砂された砂とが混合されるようにした給水・混合用ケーシング３と、この給水・混合用ケーシング３に隣接され、内部にインペラー５を配設した排出用ケーシング４と、揚砂用スクリュー２及びインペラー５の駆動機構６とで構成する。【選択図】図１
2005230773.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トラフ内に回転可能に挿通された揚砂用スクリューと、トラフ上端部に配設された給水した水と前記揚砂用スクリューによって揚砂された砂とが混合されるようにした給水・混合用ケーシングと、該給水・混合用ケーシングに隣接され、内部にインペラーを配設した排出用ケーシングと、前記揚砂用スクリュー及びインペラーの駆動機構とで構成したことを特徴とする揚砂装置。
【請求項２】
インペラーの回転数を４００〜６００ｒｐｍに、インペラーの外径を４００〜６００ｍｍに設定したことを特徴とする請求項１記載の揚砂装置。
【請求項３】
給水・混合用ケーシングを円形とし、外周面に接線方向から給水する給水口を形成したことを特徴とする請求項１又は２記載の揚砂装置。
【請求項４】
インペラー軸を中空とし、該インペラー軸内に同心的にスクリュー軸を配設したことを特徴とする請求項１、２又は３記載の揚砂装置。
【請求項５】
駆動機構を、水面上に配設したことを特徴とする請求項１、２、３又は４記載の揚砂装置。
【請求項６】
駆動機構を、インペラー駆動と、揚砂用スクリュー駆動とを個別的に駆動できるように構成したことを特徴とする請求項１、２、３、４又は５記載の揚砂装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、揚砂装置に関し、特に、沈砂池内に沈降した沈砂を低動力で、降雨時など多量の土砂が流入する場合でもポンプを閉塞することなく、高効率にて継続的に密閉搬送することができる揚砂装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、下水処理場などに設置され、雨水等を処理する沈砂池において、沈砂池内には雨水、排水等に含まれる固形分としての土砂が雨水等とともに沈砂池内に流入するため、予めこの流入土砂を沈殿除去した後、上澄水を直接或いはこれをさらに処理して河川などに排水、或いは工業用水等に再利用されるようにし、沈砂池底部に沈殿した沈砂を揚砂装置にて吸い上げ、排出するようにした揚砂ポンプが提案されている。
【０００３】
ところで、従来の沈砂を密閉して搬送する揚砂ポンプとして、サンドポンプ、ジェットポンプなどが汎用されている。
このサンドポンプは、インペラーを高速で回転させ、沈砂池に雨水等と共に流入する土砂を雨水等と一緒に吸い込み、短時間で多量の土砂を処理できるようにしている。
また、ジェットポンプは、駆動水を用いて負圧を発生させ、この負圧を利用して沈砂を吸引するようにしている。
【０００４】
しかしながら、揚砂ポンプとしてサンドポンプを使用した場合は、降雨等にてポンプによる揚砂能力以上の土砂が一時的に大量に沈砂池に雨水等と共に流入すると、ポンプは流入土砂により埋没し、吸込管が土砂により閉塞して揚砂不能となる。このように、土砂が一時的に大量に流入するのは、梅雨や台風等の大雨が降る特殊な条件時だけであるが、ポンプの埋設を未然に防止するため、揚砂ポンプの揚砂能力は、短時間で大量の土砂を処理できるように設定されており、このため、ポンプによる吐出量は、上記特殊な条件時を除くと、揚砂量も少なく、その結果、吐出量が過剰となっている。そして、ポンプ効力を向上させるため、インペラーを高速回転させているので、短時間でインペラーが摩耗するという問題点があった。
さらに、サンドポンプは吸引力が弱く、掘削ノズルを用いて砂を巻き上げながら揚砂するため、含砂率が一定とならないという問題もあった。
【０００５】
一方、揚砂ポンプとしてジェットポンプを使用した場合は、サンドポンプに比べてポンプの閉塞、埋没による揚砂不能という問題は発生し難いが、沈砂を負圧吸引するための駆動水ポンプ動力が過大なので揚砂効率が悪いとともに、揚砂する際、大量の駆動水を利用するので、大量の水源を必要とし、このため大容量の駆動水タンク及びこの大量の駆動水には二次処理水以上の水質が必要であるため、夾雑物除去ストレーナを設置している。また、揚砂量に対し、駆動水量が多く、大量の沈砂含有水を固液分離するための分離装置が必要となるという問題があった。
さらに、設置スペースの小さい箇所では固液分離に必要な槽容量、槽水面積を確保することができず、分離装置の越流水と共に沈砂が大量に流出し、また揚砂量に対して、駆動水量が多く、配管内流速が過大となり、配管の特に限定されるものではないが、屈曲部分での摩耗が著しいという問題があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記従来の揚砂ポンプの有する問題点に鑑み、ポンプを閉塞することなく、低動力で、安全に、かつ効率的に揚砂できるようにした揚砂装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の揚砂装置は、トラフ内に回転可能に挿通された揚砂用スクリューと、トラフ上端部に配設された給水した水と前記揚砂用スクリューによって揚砂された砂とが混合されるようにした給水・混合用ケーシングと、該給水・混合用ケーシングに隣接され、内部にインペラーを配設した排出用ケーシングと、前記揚砂用スクリュー及びインペラーの駆動機構とで構成したことを特徴とする。
【０００８】
この場合において、インペラーの回転数を４００〜６００ｒｐｍに、インペラーの外径を４００〜６００ｍｍに設定することができる。
【０００９】
また、給水・混合用ケーシングを円形とし、外周面に接線方向から給水する給水口を形成することができる。
【００１０】
また、インペラー軸を中空とし、該インペラー軸内に同心的にスクリュー軸を配設することができる。
【００１１】
駆動機構を、水面上に配設することができる。
【００１２】
また、駆動機構を、インペラー駆動と、揚砂用スクリュー駆動とを個別的に駆動できるように構成することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の揚砂装置は、トラフ内に回転可能に挿通された揚砂用スクリューと、トラフ上端部に配設された給水した水と前記揚砂用スクリューによって揚砂された砂とが混合されるようにした給水・混合用ケーシングと、該給水・混合用ケーシングに隣接され、内部にインペラーを配設した排出用ケーシングと、前記揚砂用スクリュー及びインペラーの駆動機構とで構成しているので、スクリューによる揚砂と給水・混合用ケーシングへの給水は、常に定量供給されるものとなり、揚砂装置からは常に含砂率及び吐出量が一定となって吐出されるので、吸込管内が砂により閉塞されることがなく、また、梅雨時、大降雨時において一時的に多量の土砂が流入しても揚砂不能に陥ることなく安定した揚砂作業が行うことができる。
【００１４】
また、インペラーの回転数を４００〜６００ｒｐｍに下げることにより、インペラーの摩耗を低減するとともに、インペラーの外径を４００〜６００ｍｍと大きくすることにより、揚水量、吐出圧力を確保することができる。
【００１５】
また、給水・混合用ケーシングを円形とし、外周面に接線方向から給水する給水口を形成することにより、給水・混合用ケーシング内へ供給される給水は自然と旋回流となり、揚砂用スクリューによって揚砂された砂との混合が促進されるとともに、排出用ケーシング内で発生させる渦流をインペラーの回転力のみで発生させるよりも効率が良く、その分インペラーの動力を低減することができる。
【００１６】
また、インペラー軸を中空とし、インペラー軸内に同心的にスクリュー軸を配設することにより、構造が簡単となり、装置全体を嵩低く構成でき、装置の設置、メンテナンスが容易に行うことができる。
【００１７】
駆動機構を、水面上に配設することにより、駆動部分の故障率を低減することができ、また、駆動機構のメンテナンスを容易に行うことができる。
【００１８】
また、駆動機構を、インペラー駆動と、揚砂用スクリュー駆動とを個別的に駆動できるように構成することにより、インペラーと揚砂用スクリューとの駆動を、含有砂利量等に応じてそれぞれ別個に設定して効率的な運転を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の揚砂装置の実施の形態を、図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００２０】
図１〜図２に、本発明の揚砂装置の第１実施例を示す。
この揚砂装置Ａは、円筒形のトラフ１内に回転可能に挿通された揚砂用スクリュー２と、トラフ１上端部に配設され、接線方向から給水することで旋回する水とトラフ１内を揚砂用スクリュー２による揚砂とが混合されるようにした給水・混合用ケーシング３と、給水・混合用ケーシング３に隣接され、内部にインペラー５を配設した排出用ケーシング４と、インペラー５を低速で、揚砂用スクリュー２を高速でそれぞれ駆動するようにした駆動機構６とにより構成するようにしている。
【００２１】
また、揚砂装置Ａの全体は、水中に没するようにした水中型として、所定の沈砂地内に設置し、メンテナンスなど、必要に応じて水中から引き上げられるようガイドロッドＬを配設することができる。
沈砂池Ｐは、沈砂池内に流入する土砂が、池底Ｐ２の所定位置に自然と集まるように、底部を傾斜させ、その最も低くなる位置、例えば、集砂排出しやすい位置の底部に窪ませるようにして集砂受入槽Ｐ１を形成し、さらに、池底Ｐ２に沈降した土砂（沈砂）が強制的に集砂受入槽Ｐ１内に集砂されるよう池底Ｐ２に集砂ノズルＮを配設する。
そして、この集砂受入槽Ｐ１の底部に達するように、前記揚砂装置Ａのトラフ１及び揚砂用スクリュー２の下端部を挿入し、揚砂装置Ａの全体を水中に没するように設置する。
【００２２】
トラフ１の上端部を、外周部が円形とした給水・混合用ケーシング３内にその上端部が少し侵入するようにして、給水・混合用ケーシング３とビス止め、溶着等にて接合して一体とする。
これにより、トラフ１内と給水・混合用ケーシング３内とが互いに導通し、トラフ１内を搬送されてきた揚砂が、スムースに給水・混合用ケーシング３内へ移送されるようにする。
【００２３】
給水・混合用ケーシング３には、給水・混合用ケーシング３の円形状外周面に接線方向に給水口３ｈを形成する。
これにより、給水口３ｈからの給水は、自然と旋回流となり、揚砂用スクリュー２によって揚砂された砂との混合が促進されるとともに、排出用ケーシング４内で発生させる渦流をインペラー５の回転力のみで発生させるよりも効率が良く、その分インペラー５の動力を低減することができる。
【００２４】
また、給水・混合用ケーシング３内の一側面側に、かつ互いに導通するようにして接続する排出用ケーシング４内には、従来の揚砂ポンプのインペラーの外径（約２００ｍｍ）の２〜３倍の４００〜６００ｍｍ、より具体的には、５００ｍｍ程度の外径を有するインペラー５を配設し、駆動機構６にて駆動するようにする。
これにより、インペラー５の回転数を、従来の揚砂ポンプの回転数（約１８００ｒｐｍ）の１／４程度の４００〜６００ｒｐｍ、より具体的には、５００ｒｐｍ程度に下げることができ、インペラー５の摩耗を著しく低減することができる。
なお、このインペラー５は、円筒形の排出用ケーシング４内において、その一側面側、特に限定されるものではないが、例えば、図１に示すように、給水・混合用ケーシング３との接続側と反対側内側面に添うようにして配設するのが望ましい。
これにより、排出用ケーシング４内にて回転するインペラー５により発生する旋回流に乗って揚砂と水との混合体が、排出用ケーシング４の外周面に突設した吐出口４２からの吐出をより円滑に行えるようになる。
【００２５】
このインペラー５の軸５１は、図２に示すように、中空状とし、中空状インペラー軸５１内に、かつ同心的にスクリュー２の軸２１を挿通するようにする。
【００２６】
駆動機構６は、図２に示すように、ギアボックス６０内にベベルギア等にて構成する動力伝達用のギア類を配設し、かつスクリュー軸２１及びインペラー軸５１を回転可能にして支持して構成するものである。
このスクリュー軸２１の先端は、スラストベアリング或いはコロ軸受などの軸受６３にて回転可能に支持するとともに、スクリュー軸先端部分でそれぞれその取付位置を異なるようにして歯数の異なる２つのベベルギア６１、６２を同心的に取り付ける。
【００２７】
この一方のベベルギア６２は、スクリュー軸２１にナット又はカラー６４及びキーにて定位置に固定し、スクリュー軸２１を比較的低速で回転できるようにし、また他方のベベルギア６１はインペラー軸５１に、ブッシュ６５を介して固定する。
なお、このインペラー軸５１は、スクリュー軸２１と同様に、スラストベアリング或いはコロ軸受などの軸受６６及びメカニカルシール６７を介して回転可能に支持するとともに、中空状のインペラー軸５１内に挿通するスクリュー軸２１との間にもメカニカルシール６７を配設する。
これにより、スクリュー軸２１は、前記スラストベアリング或いはコロ軸受などの軸受６３、６６とメカニカルシール６７にて片持ち式にて支持するようにする。
このインペラー軸５１の先端は、インペラー５の中央部に一体に形成したボス部５２にビス止め等にて固定し、これによりインペラー軸５１とインペラー５は一体なって回転するようにする。
【００２８】
ギアボックス６０の外側には、駆動用のモータ７を配設し、このモータ軸７１にカップリング７２を介して高速軸７３を接続するとともに、高速軸７３の先端にベベルギア７６をキー止め等にて固定し、ベベルギア７６をベベルギア６１と噛合するようにする。
また、この高速軸７３を貫通するようにして多段式の遊星歯車ユニット７７を配設し、この遊星歯車ユニット７７の低速軸７４にベベルギア７５を固定し、このベベルギア７５をベベルギア６２と噛合する。
また、ベベルギア７５内を貫通する高速軸７３とベベルギア７５間にはブッシュ７８を配設し、このブッシュ７８を介して高速軸７３とベベルギア７５とは同心的に支持するもそれぞれ異速で回転可能とする。
【００２９】
そして、ベベルギア６１、６２、７５、７６の歯数を適宜設定することにより、インペラー軸５１を駆動するベベルギア６１側をインペラー５による給水・混合を円滑に行えるように比較的高速（ただし、従来の揚砂ポンプに比べて低速）で駆動し、また、スクリュー２を駆動するベベルギア６２側をスクリュー２を低速で回転するようにベベルギア６１側より低速で駆動するようにしている。
なお、モータ７にて駆動される２つのベベルギア７５、７６及びこれらと互いに噛合するベベルギア６１、６２をハイポイドギアで構成することも可能である。
【００３０】
次に、この揚砂装置の作用について説明する。
モータ７を駆動すると、高速軸７３側に固定されたベベルギア７６は、これと噛合するベベルギア６１を介してインペラー軸５１を介してインペラー５を排出用ケーシング４内にて回転させる。
一方、前記モータ７より遊星歯車ユニット７７にて低速とされたベベルギア７５に噛合しているベベルギア６２は、これに固定したスクリュー軸２１を低速で回転させる。
【００３１】
これにより、トラフ１の下端が集砂受入槽Ｐ１の底部に侵入するよう設置されているので、集砂受入槽Ｐ１内に集められ、スクリュー２にてトラフ１内を搬送されてきた揚砂と、吸込口３ｈより給水され、給水・混合用ケーシング３内である程度旋回流となって次の排出用ケーシング４内に流入する水とが、排出用ケーシング４内にてインペラー５によって混合されるとともに、さらに旋回流速が高められて、排出用ケーシング４に対して接線方向に取り付けられた吐出口４２より吐出される。
【００３２】
この場合、給水・混合用ケーシング３の吸込口３ｈより給水された水は、常に一定量であり、また集砂受入槽Ｐ１からスクリュー２の回転にて揚砂される揚砂量も一定となるため、吐出口４２より吐出される水揚砂の混合率（含砂率）は、梅雨時であっても、大降雨時であっても常に一定となり、揚砂が安定して効率的に行われる。
【実施例２】
【００３３】
図３〜図５に、本発明の揚砂装置の第２実施例を示す。
この揚砂装置Ａは、トラフ１及びスクリュー２を、第１実施例のものよりも延長し、少なくともモータ７を取り付けた駆動機構６を水面上（陸上）に設置するようにしている。
このため、スクリュー２の下端は、図３に示すように、集砂受入槽Ｐ１内に配設された軸受８にて回転可能に支持する。この軸受８としては滑り軸受などにて構成し、給油を可能とすることもできる。
また、ギアボックス６０内の基本構成は、第１実施例に示す構成と同じようにするが、インペラー軸５１の支持構造を、図４に示すように、排出用ケーシング４とギアボックス６０間に中空状のシールボックス９０を取り付け、このシールボックス９０内にインペラー軸５１を挿通するとともに、インペラー軸５１の外周面とシールボックス９０の内周面間にグランドパッキン９１を配設し、これをパッキン押さえ９２にて押圧するように構成する。
なお、このシールボックス９０にはドレン抜き９３とオイルシール９４を備える。
【００３４】
さらに、本実施例では、駆動機構６が水面上に設置されるため、受水槽（図示省略）などから呼水となる給水がトラフ内を経て流出するのを防止するため、図５に示すように、給水・混合用ケーシング３内のトラフ２の先端部分に、漏水防止キャップ９５を配設する。
これは、トラフ先端に冠着するキャップ本体９５ａの外周部の一部に吐出孔９５ｈを形成し、この吐出孔９５ｈを下向きになるようにしてトラフに冠着すると共に、内部に貫通するスクリュー軸２１との間にグランドパッキン９５ｐを配設して構成する。
【実施例３】
【００３５】
図６に、本発明の揚砂装置の第３実施例を示す。
沈砂池Ｐに流入する土砂に、降雨、工事等により多くの砂利が混入することがある場合、揚砂装置Ａのトラフ１と揚砂用スクリュー２との隙間に、砂利が噛みやすくなり、このため、揚砂装置Ａからの吐出量が一定しなくなる。
これを防止するため、揚砂用スクリュー２とインペラー５との駆動回転数を任意に、かつ個別的に変更できるように、揚砂用スクリュー２とインペラー５とをそれぞれ専用のモータ７ａ、７ｂにて駆動するようにしている。
【００３６】
なお、インペラー駆動用のモータ７ａとインペラー５とは、ベベルギア７６、６１を介して駆動し、また、揚砂用スクリュー駆動用のモータ７ｂと揚砂用スクリュー２とは、遊星歯車ユニット７７を介して低速軸に揚砂用スクリュー２を接続して駆動するようにする。
【００３７】
なお、上記第２及び第３実施例の揚砂装置の基本的な作用は、第１実施例の揚砂装置と同様である。
【００３８】
以上、本発明の揚砂装置について、複数の実施例に基づいて説明したが、本発明は上記実施例に記載した構成に限定されるものではなく、各実施例に記載した構成を適宜組み合わせる等、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができるものである。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明の揚砂装置は、スクリューにて定量ずつ搬送揚砂される砂と、定量に給水される水とを混合して定量吐出するという特性を有していることから、沈砂池における揚砂の用途に好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の揚砂装置の第１実施例を示す正面縦断面図である。
【図２】同駆動機構の縦断正面図である。
【図３】本発明の揚砂装置の第２実施例を示す正面縦断面図である。
【図４】同駆動機構の一部を示す正面縦断面図である。
【図５】スクリューと吸込管との取合部を示し、（Ａ）は断面図、（Ｂ）はトラフ開口部の説明図である。
【図６】本発明の揚砂装置の第３実施例における駆動機構の一部を示す正面縦断面図である。
【符号の説明】
【００４１】
Ａ    揚砂装置
Ｐ    沈砂池 
Ｐ１  集砂受入槽
Ｐ２  池底
Ｎ    集砂ノズル
１    トラフ
２    揚砂用スクリュー
２１  スクリュー軸
３    給水・混合用ケーシング
３ｈ  給水口
４    排出用ケーシング
５    インペラー
５１  インペラー軸
６    駆動機構
６０  ギアボックス
６１  ベベルギア
６２  ベベルギア
７５  ベベルギア
７６  ベベルギア
７    モータ
８    軸受
９５  漏水防止キャップ
【図１】
2005230773.tif 000003
【図２】
2005230773.tif 000004
【図３】
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【図４】
2005230773.tif 000006
【図５】
2005230773.tif 000007
【図６】
2005230773.tif 000008